DE60023637T2

DE60023637T2 - Windbetriebene generatoren

Info

Publication number: DE60023637T2
Application number: DE60023637T
Authority: DE
Inventors: Manuel Fernandez Arcos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-04-15
Also published as: ATE308678T1; ES2154595A1; DK1108889T3; WO2000079127A1; ES2154595B1; AU3660100A; EP1108889A1; EP1108889B1; DE60023637D1; US6465900B1

Description

ZWECK DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Windgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Windgenerator ist beispielsweise aus dem Dokument GB-A-2 129 060 bekannt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine der existierenden technologischen Herausforderungen besteht darin, elektrische Energie unter Verwendung von umweltgerechten Verfahren und Systemen zu erzeugen. Die bekanntesten und am häufigsten verwendeten umweltgerechten Systeme sind Windkraftsysteme und hydraulische Systeme, bei welchen die Energie eines Fluids, das in Bewegung ist, umgeformt wird, um die Schaufeln eines Generators zu bewegen.
Die Verwendung hydraulischer Energie für diesen Vorgang erfordert in den meisten Fällen einen Damm in einem Fluss oder einer Wasserströmung, so dass Wasser angesammelt wird, bis es einen wesentlichen Wasserstand erreicht, wodurch eine Turbine in Drehung versetzt wird, wenn das Wasser aus einer bestimmten Höhe herabfällt.
Die Konstruktion dieser Dämme beeinträchtigt die Umwelt in erheblichem Maße, da in den meisten Fällen das hintere Ende des Reservoirs fruchtbare Täler und Dörfer überschwemmt.
Für die Verwendung von Windenergie zum Aktivieren von Generatoren sind Türme oder Pfeiler notwendig, die in windigen Gebieten aufzustellen sind und dazu verwendet werden, die Generatoren mit ihren entsprechenden Schaufeln zu stützen. Damit diese Windgeneratoren profitabel sind, müssen sie strategisch an hohen Punkten positioniert werden, was im Hinblick auf die Umwelt bedeutet, dass sie auch weithin zu sehen sind.
Die Anordnung dieser Generatoren auf den vorgenannten Pfeilern behindert deren Montage und Zugangsfähigkeit für Wartungszwecke oder Reparaturarbeiten in beträchtlichem Maße.
Als Hintergrund zu dieser Erfindung sei das Patent 461890 erwähnt, das ein „Verfahren zur Erzeugung von Bewegung und Energie durch Schwimmkörper" betrifft und sich mit der Verwendung eines Behälters befasst, der mit einem Einlassventil und einem Ventil zum Ausstoßen von Flüssigkeiten ausgestattet ist. Im Inneren dieses Behälters befindet sich ein Körper, der entweder hohl oder mit einem Material mit geringer Dichte gefüllt ist. Dadurch, dass eine Flüssigkeit nacheinander in den Behälter eingebracht und wieder daraus abgezogen wird, wird eine hin- und hergehende Bewegung (nach oben – nach unten) des Schwimmkörpers erzielt, die zur Erzeugung von Energie verwendet wird.
In diesem Fall muss der Schwimmkörper kontinuierlich vertikale, hin- und hergehende Bewegungen ausführen und benötigt die kontinuierliche Aufnahme eines Fluids sowie einen Energieaufwand, um das Einlassventil und das Ventil zum Ausstoßen zu öffnen und zu schließen, wodurch ein wichtiger Teil der erzeugten Energie verbraucht wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Windgenerator, der den Gegenstand der Erfindung bildet, besteht aus einem zylindrischen Behälter, in dem ein hohler, zylindrischer Körper frei aufgenommen ist. Der Behälter hat einen geschlossenen Boden und eine obere Abdeckung, die die Schaufeln hält.
Der Durchmesser des Hohlkörpers ist etwas geringer als der Innendurchmesser des Behälters, so dass zwischen ihnen ein Hohlraum vorliegt, in dem eine ausreichende Menge einer Flüssigkeit aufgenommen ist, auf der der Hohlkörper schwimmt und die es dem Hohlkörper ermöglicht, sich auf einer horizontalen Ebene zu drehen, wenn der Wind auf die Schaufeln bläst, die daran befestigt sind. Diese Durchmesser ähneln der Einheit, so dass die Menge an Wasser, die benötigt wird, um den Hohlkörper schwimmen zu lassen, nicht sehr groß ist. Da dieser Generator durch den Wind aktiviert wird, ist keine zusätzliche Energie erforderlich, so dass praktisch die gesamte Energie, die erzeugt wird, verwendet werden kann.
Der Zustand des Schwimmens des Hohlkörpers bedeutet, dass er sich leicht im Wind drehen kann.
Sowohl der äußere Behälter als auch der hohle Schwimmkörper bestehen aus Beton, Eisen oder einem anderen schweren Material, da dies zum Teil einen hohen mechanischen Widerstand gewährleistet. Es bedeutet auch, dass der Hohlkörper eine sehr große Trägheit hat, sobald er beginnt, sich im Wind zu drehen.
Gemäß der Erfindung weist der äußere Behälter einen axialen Ansatz in Form einer Achse auf, die in den inneren Hohlraum eines axialen Ansatzes eingesetzt ist, der am Boden des schwimmenden Hohlkörpers ausgebildet ist.
Der äußere Behälter besitzt zwei seitliche Öffnungen – die obere zum Auffüllen und die untere zum Entleeren –, beide mit ihren entsprechenden Verschlussvorrichtungen, die es ermöglichen, Wasser hinzuzufügen, um den Schwimmkörper schwimmen zu lassen, oder ihn zu entleeren.
Da das im äußeren Behälter enthaltene Wasser allmählich verdampft, ist es vorgesehen, dass der Behälter einen Wasserstandsanzeiger aufweist, der von außen zu sehen ist und wahlweise mit einer abgestuften Skala oder mit Anzeigemarkierungen für den Wasser stand versehen ist, der notwendig ist, um zu gewährleisten, dass der Generator richtig arbeitet.
Der Hohlkörper weist einen oberen Umfangsrand auf, der das obere Ende und einen Seitenbereich der Wand des äußeren Behälters abdeckt.
Die mit dem Hohlkörper verbundenen Schaufeln sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, wodurch eine gleichmäßige Drehbewegung gewährleistet wird.
Diese Schaufeln sind so geformt, dass sie den Wind optimal ausnützen können. Sie können halbkreisförmig sein, ähnlich wie die Schaufeln eines Anemometers, oder die gewinkelte Form, die Form eines dreieckigen Prismenprofils oder eine andere Form haben, die einen maximalen Schub des Winds erlaubt, wenn der Wind auf die Vorderseite der Schaufel bläst, und einen minimalen Schub, wenn er auf die Rückseite bläst, da diese Position unvermeidlich ist, wenn die Schaufeln sich zusammen mit dem Hohlkörper drehen.
An der Wand des äußeren Behälters sind Träger verankert, die mit Schienen ausgestattet sind, welche radial zu dem Behälter ausgerichtet sind. An diesen Schienen sind elektrische Generatoren angebracht, die linear bewegt werden können.
Die Achsen der Generatoren sind vertikal platziert und mit Rädern – vorzugsweise aus Gummi – ausgestattet, welche senkrecht zu diesen Achsen stehen, also in der gleichen horizontalen Ebene.
Gemäß der Erfindung können die Generatoren auf einer festgelegten Position gehalten werden, wobei die Kontakträder dauernd mit dem Schwimmkörper in Kontakt sind. Diese Generatoren können wahlweise mit Antriebselementen verbunden sein, die sie mit einer festgelegten Häufigkeit an den Behälter oder von diesem weg bewegen; in diesem Fall kämen die Räder periodisch mit dem Schwimmkörper in Kontakt, wodurch es dem Schwimmkörper ermöglicht wird, eine signifikante Rotationsträgheit zu erlangen, während er von den Kontakträdern getrennt ist.
Die Antriebselemente für die Halteschlitten der elektrischen Generatoren können beliebige Elemente sein, die normalerweise in der Industrie verwendet werden, um eine lineare Bewegung zu erzeugen, wie z.B. ein motorisiertes Zahnstangengetriebe, ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder, eine Kugelumlaufspindel, etc., die durch einen Zeitschalter gesteuert werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Zur Vervollständigung dieser Beschreibung und zum besseren Verständnis der Merkmale dieser Erfindung liegt der Beschreibung ein Satz Figuren bei, die nur zur Veranschaulichung dienen und keine Einschränkung darstellen. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vorderansicht des Windgenerators gemäß der Erfindung im vertikalen Schnitt und mit den elektrischen Generatoren in Betriebsposition;
2 eine Draufsicht auf den gleichen Windgenerator, wobei die elektrischen Generatoren nicht in Betriebsposition, d.h. nicht mit dem Schwimmkörper in Kontakt sind; und
3 einen vertikalen Schnitt durch den Windgenerator, bei dem der untere Behälter im Vergleich zu 1 um 45° gedreht ist, um die Rohre zum Auffüllen und Entleeren und den Wasserstandsanzeiger erkennen zu können.
BEVORZUGTES ERZEUGNIS DER ERFINDUNG
Wie in den vorgenannten Figuren zu erkennen, weist der Windgenerator einen zylindrischen Behälter (1) auf, der einen Hohlkörper (2) und eine ausreichende Menge Wasser (3) aufnimmt, um zu gewährleisten, dass der Hohlkörper (2) schwimmt.
Der Behälter (1) weist am Boden einen axialen Ansatz (11) auf, der im Inneren des rohrförmigen axialen Ansatzes (21) im Hohlkörper (2) aufgenommen wird.
Zwischen den Ansätzen (11) und (21) befinden sich Lager (12), um die Reibung zwischen dem Behälter (1) und dem Körper (2) zu reduzieren, wenn sich der Körper im Wind dreht.
Der Hohlkörper (2) weist einen oberen Rand (22) auf, der das obere Ende und einen Teil der Seite der Behälterwand (1) lose abdeckt. Das obere Ende dieses Hohlkörpers (2) wird durch eine Abdeckung (23) verschlossen, an der eine Reihe von Schaufeln (4) angebracht sind, die bewirken, dass sich der Hohlkörper (2) dreht, sobald sie einen Schub durch den Wind erhalten.
Der Hohlkörper (2) besteht aus Beton, Eisen oder einem anderen schweren Material und kann sich leicht drehen, wenn der Wind auf die Schaufeln (4) bläst, während er auf dem Wasser (3) schwimmt.
Um im Inneren des Behälters (1) einen Wasserstand (3) aufrechtzuerhalten, der gewährleistet, dass der Hohlkörper (2) im Zustand des Schwimmens bleibt, weist er einen Einlass (13) zum Auffüllen und einen Auslass (14) zum Entleeren auf, die mit Schläuchen oder Rohren mit entsprechenden Armaturen verbunden sind. Der Wasserstand (3) im Inneren des Behälters (1) wird durch einen Wasserstandsanzeiger (15) kontrolliert.
Um den Angriff des Winds an den Schaufeln (4) optimal zu nützen, sollten diese eine geeignete Form haben, um den maximalen Schub zu erhalten, wenn sie in einer bestimmten Drehposition sind, und den minimalen Schub, wenn sie in der diamet ral gegenüberliegenden Position sind. Bei diesem Beispiel haben die Schaufeln eine dreieckige Prismenform, mit einer vertikalen Seite (41), die den maximalen Schub erhält, wenn sie gegen den Wind steht, und mit zwei Seiten (42 und 43), die als Ablenker wirken, wodurch der Angriff des Windes auf sie reduziert wird. Da die Schaufeln gleichmäßig verteilt sind, bläst der Wind unabhängig von der Windrichtung gleichzeitig auf die Seite (4) einer der Schaufeln und auf die Seiten (42 und 43) der Schaufel, die in einer diametral gegenüberliegenden Position ist, wobei der Unterschied dieser Schübe für eine positive Komponente in Drehrichtung des Körpers (2) sorgt.
Der Windgenerator weist elektrische Generatoren (5) auf, die um den Behälter (2) herum platziert und so angebracht sind, dass sie auf horizontalen Schienen (6) gleiten können, die an ihren jeweiligen Trägern (61) befestigt sind. Diese Schienen (6) sind in radialer Richtung ausgerichtet, so dass die Generatoren sich auf den Rand (22) zu oder von diesem weg bewegen können, wobei die Räder (51) dauernd oder periodisch mit dem Rand (22) in Kontakt gehalten werden.
Ist dieser Kontakt periodisch, so bewegen sich die Generatoren (5) automatisch durch eine geeignete Schubvorrichtung (wie z.B. ein motorisiertes Zahnstangengetriebe, ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder, etc.), die durch einen Zeitschalter gesteuert wird.
Die große Masse des Körpers (2), die etwa einhundert Tonnen betragen könnte, verleiht ihm ein hohes Maß an Rotationsträgheit; daher wird diese Bewegung nicht in signifikantem Maße durch den Antrieb der Generatoren gebremst, wenn der Körper durch den Wind gedreht wird.

Claims

Windgenerator mit folgenden Teilen: einem zylindrischen Behälter (1), einem Hohlkörper (2), der im Behälter (1) angeordnet ist und sich drehen kann, wenn der Behälter (1) eine ausreichende Flüssigkeitsmenge enthält, um den Hohlkörper (2) über Wasser zu halten, einer Abdeckung (23) für den Hohlkörper (2), einer Reihe von Schaufeln (4), die mit der Abdeckung des Hohlkörpers (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Windgenerator außerdem mehrere elektrische Generatoren (5), Räder (51), die an den Achsen der elektrischen Generatoren montiert und für den Kontakt mit dem Körper (2) während seiner Drehbewegung benutzt werden, mit Schienen (6) ausgestattete Träger (61), auf denen die Generatoren (5) montiert werden und gleiten können, sowie eine Schubvorrichtung umfasst, welche zur Steuerung der Bewegung der Generatoren (5) auf den Schienen (6) eingesetzt wird, und ein Verschieben derselben in Richtung zum Hohlkörper (2) bewirkt, wenn er sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Behälter (1) am Boden einen axialen Ansatz (11) aufweist.
Windgenerator nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) an seinem Boden einen rohrförmigen axialen Ansatz (21) besitzt, der den axialen Ansatz (11) des Behälters (1) aufnimmt.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Ansätze (11 und 21) Lager (12) vorgesehen sind.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (12) zwischen den axialen Ansätzen (11) und (21) montiert werden, um die Reibung des Körpers (2) beim Drehen innerhalb des Behälters (1) zu verringern.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine Füllöffnung (13) und eine Abflussöffnung (14) aufweist, um Wasser (3) einzufüllen oder abzulassen.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) mit einem Pegelstandmesser (15) ausgestattet ist, der den Stand des im Behälter enthaltenen Wassers anzeigt.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) an seinem oberen Ende einen Rand (22) aufweist, der das obere Ende und einen Teil des seitlichen Bereichs des Behälters durch lockere Anlage abdeckt.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) gleichmäßig über den Umfang der Abdeckung (23) verteilt werden, damit sich der Körper (2) infolge des Windstoßes dreht.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) aus Beton, Eisen oder einem anderen schweren Material besteht, das in der Lage ist, eine hohe Trägheit hervorzurufen, wenn sich die Schaufeln (4) beim Wehen des Windes drehen.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) die Form eines dreieckigen Prismas, Halbkreises, Winkels oder dgl. haben können, um den Windstoß optimal zu nutzen.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der elektrischen Generatoren (5) senkrecht angeordnet werden.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Achsen der Generatoren (5) verbundenen Räder (51) in einer zu diesen Achsen senkrechten Ebene und dem Rand (22) des Hohlkörpers (2) gegenüber liegen.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (61) am Umfang des Behälters (1) befestigt sind.
Windgenerator nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen (6) mit den Haltern (61) verbunden sind und in radialer Richtung zum Behälter (1) angeordnet werden, um die Generatoren (5) in Richtung zum Körper (2) zu verschieben und ständig oder mit Unterbrechungen den tangentialen Kontakt der Räder (51) mit dem Rand (22) zu bewirken.